苦楝和香椿木材解剖性质研究

宋恋环，雷福娟，黄耀恒，王军锋，龙大军

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西木材资源培育质量控制工程技术研究中心 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西南宁 530002；2.广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545004)

苦楝（Meliaazedarach）为楝科（Meliaceae）楝属乔木，是广西主要的传统家具用材树种[1]；其耐干旱、耐瘠薄且耐虫害；其树形高大，生长迅速，10年生苦楝的胸径可达30 cm；其木材纹理美观[1]。香椿（Toonasinensis）为楝科香椿属落叶乔木，是广西乡土珍贵树种；其生长迅速，树干通直，一般10～15年可成材；其抗性强，是石漠化治理及铅、镉等土壤重金属污染修复的最佳树种之一；其木材花纹美丽、色泽红润且耐腐蚀，在国际市场上享有“中国桃花心木”的美称[2-3]。随着国家战略储备林质量精准提升工程的推进，长周期珍稀树种和大径级用材林培育相继被列入国家和地方的优势特色产业重点项目。加快发展乡土珍贵树种已成为满足社会对木材和林产品多样性需求的必然要求[4]。

苦楝和香椿是民间四旁绿化和盐碱地的重要造林优良树种，具有材用、药用和绿化等作用，发展潜力巨大[1]。范振富等[2]对香椿人工林和天然林木材纤维形态和化学成分进行比较，发现香椿人工林的工艺成熟期为10年左右，其木材纤维长度和长宽比均小于天然林，宽度大于天然林；张友元等[5]系统研究贵州关岭32年生香椿人工林木材解剖和物理力学性质，发现13年生以后的香椿木材纤维形态均匀；高瑞龙等[6]测定6～15年生香椿人工林木材的物理力学性质，发现其木材密度、干缩性和力学强度均随树龄增加而增大，9年生以后的木材力学性质趋于稳定；缪妙青等[7]测定3 个立地条件下15年生香椿人工林木材的物理力学性质，发现其木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、端面硬度和冲击韧性均属于或接近中等，干缩小。前人的研究依据木材纤维及物理力学性质了解香椿木材的工艺成熟期，但关于香椿木材管孔、射线和薄壁组织特征及分布形态方面的研究未见报道。目前对苦楝的研究主要集中在树皮的化学成分[8-12]，其木材解剖构造及物理力学性质方面的研究鲜有报道。构造是决定木材性质的主要因素，也决定了木材的加工利用方向[13]。本研究通过对苦楝和香椿木材解剖特征的观察及指标测定，探讨其细胞大小、数量及排列方式等与木材纹理图案的关系及其在生产中的应用，以期为苦楝和香椿的培育、开发与利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用材由钦州市潘大木业有限公司提供。苦楝和香椿树龄分别为10 和17年。选取3 根直径20～25 cm、树干通直、无明显缺陷且具有代表性的原木作为试验用材。木材切片和离析片依据等距法进行取样，从髓心向树皮方向分成3等份，每等份1/2处取样[14]。

1.2 试验方法

采用水煮法将约为1 cm3木材试样软化后，使用滑走切片机（Leica SM2400R）切取厚度约15 μm 的横切面、弦切面和径切面3 个切面，经番红染色、乙醇脱水、透明剂透明和封片等工序完成3 个切面的切片制做[15]。

将木材制备成小细条（约火柴杆大小），置入离析液（冰醋酸和30%双氧水1∶1 比例混合）中，水浴加热至充分离析后制备离析片[15]。

1.3 观察和测定方法

采用尼康（Nikon）80i显微镜观察、拍照；采用图像测量分析软件（NIS-Elements D3.2）进行测量。在离析片上对木纤维的长度、宽度和腔径进行测定，每个试样分别随机测量60根纤维；在横切面切片上对管孔分布密度、射线分布密度和管孔弦径进行测定，每个试样测量60 次；在弦切面切片上对木射线宽度和高度进行测定，每个试样测量60次。采用横切面切片测量组织比量，在测量分析软件上加载网形图层（100个方格和121个方格交叉点），缓慢移动切片，按顺序从左至右、从上至下选定视野拍照保存；采用计点法测得各细胞组织比量，每个试样测量30次。分别计算各参数的平均值。

2 结果与分析

2.1 解剖构造特征

2.1.1 宏观构造特征

苦楝木材边材为黄白色，心材为黄褐色（图1a～b）。木材有光泽，无特殊气味和滋味；生长轮明显；环孔材或半环孔材（图1c）。早材至晚材略急变。早材管孔中至略大，肉眼下明显，连续排列成早材带，宽2～5 列（多数4 列）；含红褐色树胶。晚材管孔少，甚小至略小，放大镜下可见至明显；晚材管孔向生长轮外部逐渐减小。轴向薄壁组织肉眼下可见。木射线稀至中；极细至中，肉眼下可见；径切面上射线斑纹明显（图1b），弦切面上呈细纱纹。波痕缺如。

图1 苦楝木材宏观构造Fig.1 Macro structure of M.azedarach wood

香椿木材边材为红褐色或灰红褐色，心材为深红褐色（图2a～b）。木材有光泽，具芬芳气味，无特殊滋味；生长轮明显；环孔材（图2c）。早材至晚材急变；早材管孔中至略大，肉眼下甚明显，连续排列成早材带，宽2～3 列（多数2 列）；含红褐色树胶，侵填体未见。晚材管孔略少，甚小至略小；放大镜下明显；散生。轴向薄壁组织放大镜下可见。木射线稀至中；甚细至略细，肉眼下可见；径切面上射线斑纹明显（图2b）。波痕缺如。

图2 香椿木材宏观构造Fig.2 Macro structure of T.sinensis wood

2.1.2 微观构造特征

苦楝木材导管组织比量为27%；导管在早材带横切面上，为圆形、卵圆形和椭圆形；每平方毫米5～8 个；最大弦径382 μm，平均值为232 μm，多数为171～299 μm；在晚材带横切面上，为圆形和卵圆形，略具多角形轮廓；管孔团及少数短径列复管孔（2～4个细胞），管孔排列为斜列，短弦列或波浪形；平均弦径163 μm，多数为94～199 μm；侵填体缺如，树胶丰富；螺纹加厚见于小导管管壁上。导管分子单穿孔，圆形及卵圆形；穿孔板略平行（早材）及略倾斜至甚倾斜（晚材）。管间纹孔式互列，多角形纹孔口内含，透镜形。

香椿木材导管组织比量为23%；导管在早材带横切面上，为圆形和卵圆形；每平方毫米5～7个；最大弦径384 μm，平均值为214 μm，多数为185～265 μm；在晚材带横切面上，为圆形和卵圆形；短径列复管孔（2～4 个细胞）及少数管孔团，管孔分布为散生；平均弦径91 μm，多数为40～120 μm；侵填体缺如，含红色树胶。导管分子单穿孔，圆形及卵圆形；穿孔板略平行及略倾斜至甚倾斜。管间纹孔式互列，稀疏，卵圆形及椭圆形；纹孔口为透镜形及裂隙状，通常斜列。根据木材解剖特性分级标准[16]，苦楝和香椿木材早材管孔弦径均稍大（200～300 μm）。苦楝木材晚材管孔弦径中等（100～200 μm），香椿木材晚材管孔弦径稍小（50～100 μm）。

苦楝木材轴向薄壁组织（图3a）的组织比量为12%；呈环管状及环管束状，在晚材带常与管孔团簇集在一起，与管孔相连呈短弦带；部分细胞腔内含红色树胶，菱形晶体较多，分室含晶细胞可连续多至20个或以上（图3b）。香椿木材轴向薄壁组织（图4a）的组织比量为13%；呈环管状及环管束状，少数星散状；含红色树胶；菱形晶体少（图4b）。

图3 苦楝木材微观构造Fig.3 Micro structure of M.azedarach wood

图4 香椿木材微观构造Fig.4 Micro structure of T.sinensis wood

苦楝木材和香椿木材纤维组织比量分别为52%和51%；苦楝木材木纤维长度为748～1 197 μm，平均值为969 μm；香椿木材木纤维长度为729～1 096 μm，平均值为902 μm。根据木纤维长度分级标准[17]，两种木材木纤维长度均属于中等（900～1 600 μm）。苦楝木材木纤维宽度为16～26 μm，平均值为21 μm；香椿木材木纤维宽度为16～24 μm，平均值为20 μm；两种木材木纤维宽度均达到2 级（17～25 μm），均属于中等[16]。苦楝木材木纤维长宽比为32.8～62.7，平均值为45.5；双壁厚为6.8～10.0 μm，平均值为8.6 μm；壁腔比为0.44～0.90，平均值为0.76。香椿木材木纤维长宽比为35.4～58.8，平均值为44.7；双壁厚为6.0～9.3 μm，平均值为7.3 μm；壁腔比为0.39～0.84，平均值为0.57。两种木材均属于薄壁纤维[16]。

苦楝木材木射线非叠生；每毫米2～5 根，组织比量为9%；射线宽43～92 μm（2～7 细胞），平均值为63.6 μm；高218～559 μm（10～40 细胞），平均值为351 μm。香椿木材木射线非叠生；每毫米2～6根，组织比量为13%；射线宽42～74 μm（2～5 细胞），平均值为55.4 μm；高267～588 μm（10～35 细胞），平均值为426 μm。两种木材木射线宽度均属于中等（50～100 μm），高度均属于极低（<0.5 mm）[16]。苦楝木材木射线组织为异形Ⅲ型（图3c）；香椿木材木射线组织为异形Ⅱ型及Ⅲ型（图4c），射线细胞内含丰富的红色树胶和晶体（图4b）。导管与射线间纹孔式类似管间纹孔式。

2.2 纹理图案应用分析

木材纹理是由导管、木纤维、木射线和轴向薄壁组织等解剖分子堆砌、相互交织形成的[16]。细胞大小、数量、排列方式和内含物及锯切方向等是影响木材纹理的主要因素。细胞小且排列整齐的木材，其纹理较细腻；细胞较大、种类较多且排列不整齐的木材，其纹理较粗犷[18]。生长轮明显的木材，由于晚材细胞比早材小、细胞壁比早材厚、内含物比早材多，在宏观上表现为晚材颜色比早材深，晚材密度比早材大；弦切面上呈倒“V”字或山水状花纹，径切面上呈条状花纹。苦楝木材为环孔材或半环孔材，香椿木材为环孔材，两种木材生长轮均明显，弦切面上呈倒“V”字或山水状花纹（图5）。

图5 弦切面纹理图案Fig.5 Texture patterns of tangential sections

两种木材早材管孔弦径相差不大，苦楝木材早材管孔多数为4 列；香椿木材早材管孔多数为2 列。苦楝木材早材至晚材略急变，晚材管孔向生长轮外部逐渐减小；香椿木材早材至晚材急变。苦楝木材晚材管孔弦径（平均值为163 μm）大于香椿木材（平均值为91 μm）。两种木材相比较，香椿木材结构较细。

由于木材径切面与木射线的方向一致，切面上常显示许多木射线组织。当木射线为一般大小时，径切面花纹不明显；当木射线明显较宽时，径切面具有显著片状、块状或不规则形状的射线斑纹；其与周围细胞组织因颜色和光泽差异而形成的美丽花纹，常称银光纹理或银光花纹[19]。苦楝和香椿木材木射线宽度均属于中等，高度均属于极低，因此径切面花纹较普通（图6）。在实际生产利用中，采用弦切板制作家具板面较美观。

图6 径切面纹理图案Fig.6 Texture patterns of radial sections

3 结 论

苦楝木材边材为黄白色，心材为黄褐色，为环孔材或半环孔材。香椿木材边材为红褐色或灰红褐色，心材为深红褐色，为环孔材。两种木材的生长轮均明显，弦切面上均呈倒“V”字或山水状花纹。两种木材早材管孔弦径相差不大，均稍大，因此两种木材花纹明显和粗犷。苦楝木材早材管孔多数为4 列，香椿木材多数为2 列；苦楝木材早材至晚材略急变，晚材管孔向生长轮外部逐渐减小。香椿木材早材至晚材急变。苦楝木材晚材管孔弦径（平均值为163 μm）比香椿木材（平均值为91 μm）大。两种木材相比较，香椿木材结构较细。苦楝木材轴向薄壁组织呈环管状及环管束状，在晚材带常与管孔团簇集在一起，与管孔相连呈短弦带；香椿木材轴向薄壁组织呈环管状及环管束状，少数星散状。两种木材木纤维长度中等、宽度中等，为薄壁纤维；木射线均非叠生，宽度中等，高度极低。径切面花纹较普通，在实际生产利用中，采用弦切板制作家具板面较美观。香椿木材的导管、薄壁组织细胞和射线细胞中均含有大量红色树胶，射线细胞中含有丰富的晶体，宏观上木材呈红褐色；香椿木刨面光亮，自然色泽好，具有芳香气味，是制作家具的上等材料。作为家具用材，香椿木在颜色、纹理、色泽和气味等方面优于苦楝木。

利益冲突：所有作者声明无利益冲突。

作者贡献声明：宋恋环负责论文撰写；雷福娟负责图片收集与整理和论文修改；黄耀恒负责研究计划制定和试验调查；王军锋负责论文修改与指导；龙大军负责试验调查和数据收集与分析。